Comunicaciones Móviles

1.1 Cuestiones Preliminares

“Las comunicaciones móviles se dan cuando tanto emisor como receptor están en movimiento”

Presenta diferentes características:

* Es Inalámbrico: o sin cables es aquella en la que la comunicación (emisor/receptor) no se encuentra unida por un medio de propagación físico, sino que se utiliza la modulación de ondas electromagnéticas a través del espacio.

* Presenta Radiación: Emisión de energía o de partículas que producen algunos cuerpos y que se propaga a través del espacio.

* Cuent a con un Sistema: Conjunto ordenado de normas y procedimientos que regulan el funcionamiento de un grupo para un fin en específico.

1.2 Problemas fundamentales

* Problema: Dispersión de la energía

Se produce cuando la energía electromagnética incide en objetos cuyas dimensiones son del orden de su longitud de onda o inferiores

* Problema: Atenuación

La atenuación es la principal razón de pérdidas de energía en el caso de medios materiales, siendo la perdida de potencia la consecuencia de este fenómeno.

* Problema: Interferencia

Cuando dos o más ondas coexisten en una misma región del espacio, se dice que se interfieren solo cuando las longitudes de onda son iguales

Telefonía Móvil, características pasadas, presentes y futuras

Los inicios de la telefonía móvil están estrechamente relacionados con la evolución de la radio. El gran tamaño y el peso de los primeros sistemas junto con su excesivo coste, motivaron que este tipo de servicio no proliferara entre los usuarios. Tuvieron que ocurrir numerosos avances tecnológicos para que este servicio alcanzara la difusión masiva actual.

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Antecedentes de la telefonía móvil

El ingeniero sueco Lars Magnus Ericsson, fundador de la compañía Ericsson, fue quien ideó el primer sistema que se puede considerar telefonía móvil incorporando un teléfono al coche de su esposa en 1910. Al margen que este teléfono tenía que ser conectado a una línea telefónica convencional, fue el primero que asoció telefonía y movilidad como lo entendemos en la actualidad.

En la década de 1920 se fueron desarrollando en los Estados Unidos sistemas de comunicaciones realmente inalámbricos que ya no tenían que conectarse mediante cables a la red telefónica fija. El primero de ellos fue instalado por la policía de Detroit en 1921 y permitía a un coche patrulla recibir avisos.

Galvin Manufacturing Corporation, la empresa creada por los hermanos Galvin, lanzó en 1930 una nueva radio económica para coche que podía instalarse en la mayoría de los vehículos, a la que dieron el nombre de “Motorola”, nombre surgido de la unión del término «motor» con el sufijo «ola», para sugerir la idea de sonido en movimiento.

Los avances producidos durante la década de 1930 posibilitaron que en 1940 la policía de Bowling Green, Kentucky, instalase la primera radio Motorola bidireccional. Sin embargo, aun existiendo la posibilidad de establecer una comunicación en los dos sentidos, estos sistemas no se podían considerar telefonía móvil como tal.

Hubo que esperar hasta 1946 para que las compañías AT&T y Southwestern Bell fuesen autorizadas a desplegar el primer sistema comercial de telefonía móvil en San Luis, Missouri.

El teléfono móvil DynaTAC 8000x fue desarrollado en el año 1983 por Motorola y está considerado el primer teléfono móvil del mundo capaz de ser sostenido con una mano. Este desarrollo marcó un verdadero hito en el avance de la telefonía móvil.

Las generaciones de telefonía móvil

La Generación 0

Se incluyen todos los sistemas móviles de los años 60 y 70. No existía un estándar; cada país utilizaba uno diferente con tecnologías distintas.

Todos tenían dos características en común: eran analógicos y manuales. El cambio de celda no era automático. Los terminales eran sumamente aparatosos y pesados, con grandes baterías y antenas.

Primera Generación 1G

En la década de los 80, aparecieron los primeros sistemas de conmutación automática. La llamada ya no se cortaba cuando cambiábamos de celda, ni era necesario resintonizar nuestro equipo de forma manual.

Se produjo la apertura a un público potencial mucho mayor lo que facilitó su expansión. La tecnología empleada seguía siendo analógica, pero mostró el potencial para el futuro.

Todavía se usaban señales de radio FM. Estos terminales todavía eran aparatos demasiado grandes y pesados, pero significaron un importante avance en términos de comunicación móvil.

Segunda Generación 2G

La segunda generación aparece en la década de los 90, añadiendo servicios como el sistema GSM (Global System for Mobile) con frecuencias claramente superiores hasta los 1.800MHz.

La primera llamada digital entre teléfonos móviles fue realizada en Estados Unidos en 1990. La primera red GSM fue instalada en Europa en 1991.

Se abandonó el sistema de uso de ondas de radio y se abrió camino a la era digital de las comunicaciones. Gracias a esto, la calidad de la voz y la seguridad mejoraron sustancialmente y disminuyeron los costes. Desaparecieron los aparatosos teléfonos móviles, dando paso a pequeñísimos aparatos que cabían en la palma de la mano.

La segunda generación de telefonía es la primera que separa el usuario del terminal, aparecen las tarjetas SIM, y una serie de novedades más que sientan las bases de la telefonía móvil actual.

La segunda generación nos proporcionó servicios como:

Voz de calidad igual a la telefonía tradicional.

Transmisión de textos cortos, o SMS

Transmisión de datos, ya sea en modo conmutación de circuitos o en modo conmutación de paquetes.

Llamada en espera, identificación de llamada, servicios de tarificación especial, buzón de voz, etc.

Tercera Generación 3G

Esta tercera generación supuso un gran avance en características tanto en el ancho de banda como en el manejo de los datos. Ofreciendo nuevos servicios como la teleconferencia, la televisión, el acceso integral a Internet y la descarga de archivos.

Gracias al desarrollo de las nuevas tecnologías de la información y comunicaciones experimentado en esta época, la telefonía móvil se beneficia ofreciendo un servicio totalmente nuevo, el UMTS (Universal Mobile Telecomunications System).

El UMTS, estándar de tercera generación que se concibió para reemplazar al GSM de segunda generación, tenía las siguientes ventajas:

Utilización de un ancho de banda de 5 MHz, que posibilita velocidades de hasta 2 Mbps, mientras que en GSM evolucionado, conocido como 2.5G, la velocidad era aproximadamente una cuarta parte.

Un sustancial incremento en la velocidad de desplazamiento del usuario, pudiendo llegar a 500 km/h, si bien a costa de tener velocidades de transmisión del orden de 144 kbps.

Control sobre la calidad de servicio, de forma que se puede garantizar una cierta velocidad de transmisión de la información o un retardo máximo en la transmisión de la información extremo a extremo.

Para mejorar la velocidad de transmisión de información de 3G se desarrollaron nuevas versiones, conocidas como 3.5G o 3G Plus. Dicho incremento de velocidad permitía mejorar sustancialmente servicios como la difusión de vídeo. En primer lugar, se abordó el sentido descendente mediante el estándar HSDPA, que permite al usuario recibir hasta 14.4 Mbps. Posteriormente, con HSUPA se consiguen hasta 5.72 Mbps en sentido ascendente (enviado por el usuario). Finalmente, mediante HSPA+, la tasa de transmisión puede llegar hasta 42 Mbps en sentido ascendente y 11.5 Mbps descendente gracias a la utilización de varias antenas a la vez para transmitir y recibir

Cuarta Generación 4G

Esta generación surge como respuesta al continuo desarrollo de nuevos servicios que necesitan mayor velocidad de transmisión, menor retardo e interactividad creciente. Servicios como los juegos, el vídeo y la televisión, el acceso a Internet, el correo, la mensajería instantánea, sin olvidar la telefonía tradicional y todo ello en forma simultánea, con muchos más usuarios, en movimiento y en cualquier lugar.

Ante esto, el objetivo fue llegar a tasas binarias sostenidas de 100 Mbps y 50 Mbps en enlaces descendente (DL), desde la estación base al terminal, y ascendente respectivamente (UL). Optimizando la transmisión para baja movilidad (< 20 km/h) pero también con la posibilidad de comunicarse hasta los 350 km/h. Y cuando el usuario este fijo, llegar hasta 1Gbps.

Se desarrolla un nuevo estándar, el LTE (Long Term Evolution). Los grandes atractivos del 4G son la convergencia de una gran variedad de servicios hasta entonces solamente accesibles con una banda ancha fija, así como la reducción de costes e inversiones.

El estándar LTE, emplea tecnología de paquetes IP en acceso y en el núcleo de Red.

El futuro de la telefonía móvil

Según las necesidades de tráfico y las nuevas aplicaciones que se prevén en un futuro cercano, la ITU (Unión Internacional de Telecomunicaciones) considera que hay que poner especial cuidado en los siguientes aspectos:

Experiencia de usuario: denominamos así a la satisfacción del usuario de las comunicaciones móviles, que recibe la velocidad adecuada, con el retardo adecuado, de forma que no percibe esperas ni cortes en la comunicación. Actualmente existen circunstancias en las que el usuario debe esperar más de lo que sería deseable. En la 5G una buena experiencia de usuario se debe obtener en cualquier momento y lugar. Para ello, se deben cuidar dos aspectos: Velocidad de datos: debe aumentar significativamente porque se prevé una explosión del tráfico móvil. Latencia: se trata del tiempo que se tarda en procesar la información en la red móvil hasta que llega al usuario. Las nuevas aplicaciones exigen latencias mucho menores.

Escalabilidad: esto es, ¿cuántos móviles se pueden conectar simultáneamente en una cierta zona? Este número se prevé que va a aumentar tremendamente con la conexión de los objetos a Internet de forma inalámbrica. Es lo que se llama la Internet de las cosas, también la comunicación directa entre máquinas.

Eficiencia energética: todo esto se debe conseguir cada vez con un consumo energético menor, tanto para la red como para los terminales. De esta forma se reducirá el impacto medioambiental de las comunicaciones móviles al tiempo que su coste.

Quinta Generación 5G

La ITU se embarcó a principios de 2012 en un programa para desarrollar el proceso por el que se llegará a la 5G en el año 2020. Esta próxima generación se denomina con las siglas IMT-2020.

Una de las mayores dificultades para definir la 5G es que debe ser capaz, a la vez, de proporcionar una solución a dos escenarios muy distintos:

La comunicación entre máquinas que debe ser muy poco compleja, muy barata, con muy poca potencia y no necesariamente a gran velocidad.

Altísima velocidad de comunicación para que los usuarios podamos disfrutar de nuevos servicios como la televisión de alta definición y otras aplicaciones novedosas como la realidad virtual y la tele presencia.

Para ello, se piensa en tecnologías avanzadas, como son:

La utilización de gran cantidad de antenas: esto permite aumentar la velocidad de datos al tiempo que se ahorra mucha potencia. Estamos hablando de situar cientos de antenas en una estación base, donde actualmente no hay más de cuatro. Esta tecnología se denomina MIMO masivo.

El uso de frecuencias muy altas, por encima de 6 GHz, que hoy en día no se utilizan para comunicaciones móviles.

La disminución del tamaño de las celdas, situando multitud de estaciones base a nuestro alrededor, en lo que se denominan sistemas ultra-densos. De esta forma siempre tendremos una estación base muy cerca para permitirnos transmitir y recibir datos a gran velocidad con poco consumo de energía.

Fuente: Unión Internacional de Telecomunicaciones.

¿Tenías c onocimiento de la larga historia de la telefonía móvil ? ¿Cuál consideras que es el hito más importante de esta tecnología ? ¿Qué tipo de nuevos desarrollos consideras que se darán en el futuro cercano? ¿Qué consideras que le falta a la comunicación móvil?

Sistemas de comunicaciones moviles

La telefonía celular en el mundo da sus primeros pasos cuando Martin Cooper introduce el primer radioteléfono en 1973 en Estados Unidos (EUA), mientras trabajaba para la compañía Motorola. Al Sr. Cooper se le considera como "el padre de la telefonía celular" al desarrollar y poner aprueba el primer teléfono portátil, DynaTac, de la compañía Motorola. Años después, en 1979 aparece el primer sistema comercial en Tokio Japón por la compañía NTT (Nippon Telegraph & Telephone Corp). En EUA aparece el primer sistema comercial hasta 1983 en la ciudad de Chicago. A partir de este momento, en Europa, Latinoamérica y otros rincones del mundo, empiezan a operar diversas compañías de telefonía celular a ofrecer el servicio en sus respectivas regiones.

Lo anterior, era mediante la tecnología analógica FDMA (Acceso Múltiple por División de frecuencias, Frequency Division Multiple Access); pero esta tecnología tenía muchísimas limitantes; por lo cual se comenzaron a desarrollar otras tecnologías, para hacer más eficiente la operación. Es cuando se empezaron a utilizar las tecnologías digitales; es así como surgieron las bases de las tecnologías celulares que se emplean a la fecha: El TDMA, y el CDMA (en su generación inicial).

Europa empezó la era de la telefonía celular con 5 interfaces de aire analógicas e incompatibles entre sí. Para estandarizar todos estos sistemas en uno sólo, con roaming transparente en todos los países, se crea GSM (conocido también como Global System for Mobile Communications) por el organismo CEPT. En 1982 La Comisión Europea emite una orden en la cual sugiere a los países miembros reservar la banda de 900 MHz para GSM. En 1985, el CCITT creo una lista de recomendaciones técnicas para el sistema GSM. En la actualidad las especificaciones GSM son responsabilidad de la ETSI. En enero de 1992 la primera compañía celular con GSM, Oy Radiolinja AB, empieza a operar en Finlandia.

Técnicas de transmisión celular

Técnicas que se emplearon para la transmisión celular en modo Analógico:(Tecnica antigüa tipo radio FM, YA NO EXISTE COMO TAL)

-FDMA (Acceso Múltiple por División de frecuencias, Frequency Division Multiple Access)Técnicas base de transmisión celular en modo Digital:

-TDMA (Acceso Múltiple por División de Tiempo, Time Division Multiple Access)-CDMA (Acceso Múltiple por División de Código, Code Division Multiple Access)En realidad, sólo hay dos modos físicos de transmisión de señal por medios electrónicos: Digital y Analógica; lo demás son variantes, o bien; lavadas de cerebro.Así que no hay más es decir: las señales de humo, la telepatía y el GSM, en realidad, no son nuevas formas de transmisión electrónica de información.

A partir del modo Digital, surge la técnica base TDMA; a partir del TDMA, surgen las marcas PDC y GSM.

A partir del modo Digital, surge la técnica base CDMA, en sus diferentes generaciones (CDMA2000 es la tercera generación del CDMA)

El PDC (Personal Digital Cellular), así como el GSM, es otro sistema basado en TDMA; y solo es usado Japón; pero por la similitud y alianzas denegocios, comparte elementos de GSM.

GSM HISTORIA:

La gran mayoría de las personas en la actualidad tenemos o estamos interesados en tener un celular. Pero no cualquier celular, sino uno con tecnología verdaderamente impresionante e innovadora. Que mande todo tipo de mensajes, que cumpla con las funciones de mil cosas a la vez y por si no fuera ya demasiado: que sea chiquito y agradable a la vista. Algo digno de presumir.

La última tecnología en celulares es lo tan sonado GSM. Todo mundo quiere un celular con tecnología GSM. Pero, ¿acaso alguien sabe lo que significa o sus utilidades reales?

GSM: Sistema Global para Comunicaciones Móviles es una tecnología inalámbrica de segunda generación (2G) que presta servicios de voz de altacalidad, así como servicios de datos conmutados por circuitos en una amplia gama de bandas de espectro, entre ellas las de 850, 900, 1800 y 1900 MHz. GSM es una tecnología digital o "PCS", además de utilizarse "GSM" como mote genérico para denominar a una familia de tecnologías que incluye GPRS, EDGE y UMTS/HSDPA, que provee una evolución fluida y costo-efectiva a la tercera generación (3G). Se prevé que GSM llegará a representar el 85% de los clientes de la próxima generación en todo el mundo, según el UMTS Forum.

GSM permite que varios usuarios compartan un mismo canal de radio merced a una técnica llamada multiplexado por división de tiempo (TDM), mediante la cual un canal se divide en seis ranuras de tiempo. Para la transmisión, a cada llamada se le asigna una ranura de tiempo específica, lo que permite que múltiples llamadas compartan un mismo canal simultáneamente sin interferir con las demás. Este diseño garantiza un uso efectivo del espectro y provee siete veces mayor capacidad que la tecnología analógica o "AMPS", que es una tecnología de primera generación (1G). GSM también utiliza una técnica llamada "frequency hopping" (salto de frecuencias) que minimiza la interferencia de las fuentes externas y hace que las escuchas no autorizadas sean virtualmente imposibles.

ARQUITECTURA GSM:

La arquitectura GSM consta de varios Subsistemas:

? Estacion Movil (MS): Se trata de teléfonos digitales que pueden ir integrados como terminales en vehículos, pueden ser portables e incluso portátiles. Un dispositivo SIM (Subscriber Identify Module) que es básicamente la típica tarjeta que proporciona la información de servicios e identificación en laRed,

? Subsistema de Estacion (BSS): Es una colección de dispositivos que soportan el interface de radio de redes de conmutación. Los principales componentes del BSS son:

· Estacion Traceptora de Base (BTS) - Consta de los modems de radio y el equipo de antenas.

· Controlador (BSC) - Gestiona las operaciones de radio de varias BTS y conecta a un unico NSS (Network and Switching Sub-System)

? Subsistema de Conmutación y Red (NSS): Proporciona la conmutación entre el subsistema GSM y las redes externas (PSTN, PDN...) junto con lasbases de datos utilizadas para la gestión adicional de la movilidad y de los abonados. Los componentes son:

· Centro de conmutación de Servicios Móviles (MSC).

· Registros de Localización Domestico y de Visitas (HLR - VLR)

· LAs bases de datos de HLR y VLR se interconectan utilizando la Red de Control SS7.

· Subsistema de Operaciones (OSS) - Responsable del mantenimiento y operación de la Red, de la gestión de los equipos móviles y de la gestión y cobro de cuota.

comunicación de GSM Niveles dede GSM

GSM necesita la utilización de varios protocolos para poder controlar las llamadas, transferir información y proporcionar gestión global del sistema. Desde la MS existen 4 niveles para la comunicación:

· Interface RF (Radio Frecuency) a la BTS.

· Nivel de gestión de Recursos de Radio (RR) al BSC.

· Gestión de la movilidad (MM).

· Gestión de las comunicaciones (CM) al registro VLR del MSC.

El de transmisión entre la MS y la BTS es el único componente que es único a las redes celulares GSM, modificado para funcionar sobre diferentes frecuencias en el caso de PCS y reemplazado totalmente en el caso de sistemas de comunicación por satélite. El interfaz entre la MS y la BTS consta de un canal TDMA de salto de frecuencia que se divide en varios subcanales, unos se utilizan para la transmisión de información de usuario y el resto los utilizan los protocolos de control convenidos. Para incrementar la vida de la batería y reducir la interferencia entre estaciones, los transmisores de la MS y de la BTS adaptan automáticamente su potencia de transmisión. Se utilizan 9 canales en el interfaz aéreo:

· FCCH - Información de Frecuencias.

· SCH - Sigue a la ráfaga FCCH, proporciona una referencia para todas las ranuras de una frecuencia dada.

· PAGCH - Transmisión de Información de paginación que se pide en el establecimiento de una llamada a una estación móvil (MS).

· RACH - Canal no limitado utilizado por la MS para pedir conexiones desde la red terrestre.

· CBCH - Transmisión no frecuente de difusiones.

· BCCH - Información de estado de acceso a la MS.

· FACCH - Control de los "Handovers" (Paso de un usuario móvil de una célula a otra).

· TCH/F - Para voz a 13 Kbps o datos a 12, 6 o 3,6 Kbps.

· TCH/H - Para voz a 7 Kbps o datos a 6 o 3,6 Kbps.

El salto lento de frecuencias se utiliza en los canales de tráfico que están centrados a intervalos de 200 KHz entre 890 y 915 MHz y 935 y 960 MHz. Utilizando el salto de frecuencias lento, se obtiene una diversidad de frecuencias que mejora la calidad de la señal global pero no da "espíritu" :) a los canales de ruido. Cada ráfaga de transmisión se completa antes de conmutar las frecuencias. Los protocolos RR son responsables de la asignación y reasignación de canales de tráfico entre la MS y la BTS. Estos servicios son:

· Controlar el acceso inicial al sistema.

· Paginar para llamadas terminadas en el móvil.

· "Handover" de llamadas entre células.

· Control de Potencia.

· Terminación de llamadas.

Los protocolos RR proporcionan los procedimientos para la utilización, asignación, reasignación y liberación de los canales GSM.

Canal de radio GSM - TDMA

Otras características del interface de canal de radio son la alimentación de tiempo adaptativa, la modulación GMSK, la transmisión y recepción discontinua y el salto de frecuencia lento. La alineación de tiempo adaptativa permite a la estación móvil corregir su ranura de tiempo de transmisión para retardos de propagación. La modulación GSMK proporciona eficiencia espectral e interferencia fuera de banda baja requerida en el sistema GSM. La transmisión y recepción discontinua se refiere a la caída de potencia de la estación móvil durante períodos de inactividad y sirve al doble propósito de reducir la interferencia entre canales y aumentar el tiempo de vida de la batería de la unidad portable. El salto de frecuencias lento es una característica adicional del interfaz de canal de radio GSM que ayuda a contrarestar efectos de desvanecimiento Rayleigh y de la interferencia entre canales. Los canales de 200 KHz de cada banda se subdividen en ranuras de tiempo de 577 milisegundos. Juntando ocho ranuras de tiempo se forma "una trama" TDMA de 4,6 milisegundos. Juntando 26 o 51 tramas TDMA se forma una "multitrama" (120 o 235 milisegundos) dependiendo de si el canal es para tráfico o datos de control. Juntando 51 o 26 multitramas (de nuevo, dependiendo del tipo de canal :) se forma una "supertrama" (6,12 segundos). Una "hipertrama" se compone de 2048 supertramas, totalizando una duración de 3 horas, 28 minutos, 53 segundos y 760 milisegundos. La estructura de trama TDMA tiene asociado un número de secuencia de 22 bits que identifica de forma única una trama TDMA dentro de una hipertrama dada. Los distintos canales lógicos que son convertidos en la estructura de tramas TDMA pueden ser agrupados en canales de tráfico (TCHs) utilizados para transportar voz o datos de usuario y canales de control (CCHs) utilizados para transportar señalización y datos de sincronización. Los canales de control se dividen en:

· Canales de control de difusión

· Canales de control común

· Canales de control dedicados

Cada ranura de tiempo dentro de una trama TDMA contiene datos modulados denominados ráfaga ("burst"). Existen cinco tipos de ráfagas:

· Normal

· Corrección de frecuencia

· Sincronización

· "Dummy" (de relleno)

· Ráfagas de acceso

La tasa de bits del canal de radio es de 270,833 Kbps que corresponde a la duración de una ranura de tiempo de 156,25 bits. La ráfaga normal se compone de una secuencia de arranque ("start") de tres bits, 116 bits de carga util ("payload"), 26 bits de secuencia de entrenamiento utilizada para ayudar a contrarestar los efectos de la interferencia multicamino, 3 bits de secuencia de parada ("stop") necesitados por el codificador de canal y un período de guarda (de una duración de 8,25 bits) que es un "colchon" para permitir tiempos de llegada diferentes de ráfagas en ranuras de tiempo adyacentes desde estaciones móviles dispersas geográficamente. Dos bits de la carga útil de 116 bits se utilizan por el canal de control asociado rapido (FACCH) para señalar que una ráfaga dada ha sido tomada, dejando un total de 114 bits de carga útil. El algoritmo de codificación de voz utilizado enGSM esta basado en un codificador predictivo lineal excitado; por impulso rectangular con predicción a largo termino (RPE-LTP).

El codificador de voz produce muestras a intervalos de 20 milisegundos a una tasa de bits de 13 Kbps, produciendo 260 bits por muestra o trama. Estos 260 bits se dividen en 182 bits de clase 1 y 78 bits de clase 2 basándose en una evaluación subjetiva de su sensibilidad a los errores de bits, siendo los bits de clase 1 los más sensibles. La codificación de canal supone la adición de bits de comprobación de paridad y codificación convolucional de media tasa de la salida de 260 bits del codificador de voz. La salida del codificador de canal es una trama de 456 bits, que se divide en 8 componentes de 57 bits y se entremezcla ("interleaved") sobre ocho tramas consecutivas TDMA de 114 bits. Cada trama TDMA consta de dos conjuntos de 57 bits procedentes de dos tramas separadas de codificador de canal de 456 bits. El resultado de la codificación de canal y del entremezclado es para contrarestar los efectos de desvanecimiento de interferencia de canal y otras fuentes de errores de bits.

seguridad de GSM Características dede GSM

La seguridad en GSM consta de los siguientes aspectos:

· Autenticación de la Identidad del Abonado

· Confidencialidad de la Identidad del Abonado

· Confidencialidad de los Datos de Señalización

· Confidencialidad de los Datos del Usuario

El abonado se le identifica de forma única utilizando la Identidad de Abonado Móvil Internacional (IMSI). Esta información junto con la clave individual de autenticación de abonado (Ki) constituyen las "credenciales de identificación" sensibles, análogas al ESN (Electronic Serial Number) de los sistemas analógicos como AMPS (Advanced Mobile Phone System) y TACS (Total Access Communication System). El diseño de los esquemas de cifrado y autenticación es tal que esta información sensible nunca se transmite por el canal de radio. En su lugar se utiliza un mecanismo de "desafio-respuesta" para realizar la autenticación. Las conversaciones reales se cifran utilizando una clave temporal de cifrado generada aleatoriamente (Kc). La Estación Móvil (MS) se identifica por medio de la Identidad Temporal de Abonado Móvil (TMSI) que emite la red y puede cambiarse periódicamente (por ejemplo durante momentos de no intervención "hand-offs" :D) para mayor seguridad. Los mecanismos de seguridad de GSM se implementan en tres elementos diferentes del sistema:

· El Modulo de Identidad del Abonado (SIM)

· El Aparato portátil GSM también denominado Estación Móvil (MS)

· La Red GSM

El SIM contiene la IMSI, la clave individual de autenticación del abonado (Ki), el algoritmo de generación de claves de cifrado (denominado A8), el algoritmo de autenticación (denominado A3) y el Número de Identificación Personal (PIN) ;P. El aparato GSM (portátil o portable) contiene el algoritmo de cifrado (denominado A5). Los algoritmos de cifrado (A3, A5 y A8) también están presentes en la red GSM. El Centro de Autenticación (AUC), parte del Subsistema de Operación y Mantenimiento (OMS) de la red GSM consta de una Base de Datos de Información de identificación y autenticación de abonados. Esta información consta de la IMSI, de la TMSI, de la Identidad de Área de Localización (LAI) y de la clave individual de autenticación de abonado para cada usuario. Para que funcionen los mecanismos de autenticación y confidencialidad se requieren tres elementos:

· El SIM

· El aparato GSM

· La red GSM

Esta distribución de credenciales de seguridad y de algoritmos de cifrado proporciona una medida adicional de seguridad para asegurar la privacidad de las conversaciones telefónicas celulares y la prevención de fraude en la telefonía celular ;). Dentro de la red GSM, la información de seguridad se distribuye entre el AUC (Authentication Center), el Registro de Localización Domestico (HLR) y el Registro de Localización del Visitante (VLR). El Centro de Autenticación (AUC) es responsable de generar los conjuntos de RAND (Numero aleatorio), SRES (Respuesta Firmada) y Kc (clave de cifrado temporal generada aleatoriamente) que se encuentran almacenados en el HLR y en el VLR para su utilización posterior en los procesos de autenticación y cifrado.

Autenticación GSM

La red GSM autentifica la identidad del abonado utilizando un mecanismo de "desafio-respuesta"(La misma palabra lo dice.[Autentificacion];D). Se envía a la estación móvil un número aleatorio de 128 bits (RAND). La estación móvil (MS) calcula la respuesta firmada de 32 bits (SRES) basándose en el cifrado del número aleatorio (RAND) con el algoritmo de autenticación (A3) utilizando la clave individual de autenticación de abonado (Ki). Al recibir del abonado la respuesta firmada (RAND), la red GSM repite el cálculo para verificar la identidad del abonado. Fíjate que la clave individual de autenticación de abonado (Ki) nunca se transmite sobre el canal de radio. Esta presente en el SIM del abonado, así como en las Bases de Datos del AUC,HLR y VLR. Si el RAND recibido coincide con el valor calculado, la estación móvil ha sido autentificada con éxito y puede continuar. Si los valores no coinciden la conexión se termina y se indica un fallo de autenticación a la estación móvil. El cálculo de la respuesta firmada (RAND) se realiza dentro del SIM :). Esto proporciona mayor seguridad, debido a que la información del abonado confidencial como la IMSI o la clave individual de autenticación del abonado (Ki) nunca salen del SIM durante el proceso de autenticación.

COBERTURA GSM:

Es la tecnología inalámbrica más ampliamente disponible en el mundo. Se encuentra disponible en más de 210 países y territorios del mundo. Como resultado de ello, los clientes GSM tienen acceso constante a servicios de voz de alta calidad y servicios optimizados (por ejemplo, mensajería de texto) en su región de residencia y en otras regiones mientras se encuentran de viaje. La extensa cobertura es especialmente atractiva para los ejecutivos denegocios que desean estar accesibles a través del mismo dispositivo móvil y número telefónico mientras se encuentran de viaje por toda América y el resto del mundo.

Algunas desventajas de GSM sobre CDMA

Debido a la frecuente manipulación y tamaño reducido, existe un alto riesgo de perder o dañar tu tarjeta SIM, con la subsecuente pérdida de tu información personal; con lo cual tienes que reportarla forzosamente con tu carrier, para que te la reemplace, aplicando un costo, en la gran mayoría de los casos.

Un mayor fomento al robo de celulares; ya que simplemente basta con reemplazar el chip que viene con el dispositivo; e introducir otro. Por supuesto; no hay tecnología infalible contra el robo y otros delitos; sin embargo, con el SIM card, los delincuentes tienen el más fácil de los caminos.

En cambio, en el caso de CDMA, el número telefónico está asociado al número de serie (ESN) del aparato telefónico; o en aparatos mas modernos, en lugar de ESN, se usa el número MEID, lo que hace que en CDMA, sólo una persona con suficientes conocimientos técnicos, pueda migrar el número a otro teléfono. Pero de cualquier forma, en nuevo número de serie del celular, forzosamente tiene que ser registrado en la base de datos del carrier CDMA (y no estar reportado por robo o adeudo).-Unos de los propósitos que nunca se mencionan, de la implementación del GSM, es el de quitar lalibertad del usuario de cambiar de carrier; AUNQUE SEA UN APARATO DE TU PROPIEDAD; y tener un mayor control en qué compañía usas la terminal; ya que para cambiar de carrier (por supuesto, de la misma tecnología), no basta con darte de alta en el sistema del nuevo carrier, y reprogramar tu teléfono (como es en CDMA); sino hay que recurrir al desbloqueo de carrier, lo cual no lo hace cualquiera. (en los dispositivos Pocket PC CDMA se hace algo similar; pero simplemente es para cambiar el firmware, no precisamente el carrier)

El SIM Card para CDMA

El SIM Card para el sistema CDMA también existe; y de hecho, es una versión más completa; que la versión para GSM; el cual se llama R-UIM, oRemovable User Identity Module. Este módulo trabaja en los celulares CDMA que lo soportan; así como en celulares GSM.

La impopularidad de este, es simplemente por esto:

En GSM; la implementación del SIM Card, si bien no es indispensable para el funcionamiento de tal sistema; por norma, es obligatoria; pues tal SIM Card, después del hecho de crear un estándar común europeo; es de las principales razones de ser del GSM.En CDMA, la implementación del R-UIM es opcional; donde países como Japón, China, Tailandia, etc, sí lo han implementado; pero no así en América. Esto quizá sea por el hecho de que es más fácil implementar algo desde el principio, ya que esos países implementaron el CDMA en tiempos más recientes. No así en U.S.A., donde ya había una gran infraestructura CDMA; y un cambio de este tipo, requiere de un esfuerzo mucho mayor. Recordemos que el CDMA de la gran mayoría de países Americanos (no en todos), se basa en el modelo de EE.UU.

LLEGA EL 3G A GSM:

El principal avance importante en GSM; es la implementación paralela de CDMA en su servicio de datos; ya que GSM/TDMA de manera nativa, es ineficiente para transferencia de datos de alta velocidad. Concretemante, en el sistema 3G GSM, se ha injertado la tecnología CDMA, concretamenteW-CDMA; en sus variantes: UMTS (3G), HSDPA (3.5G) y HSUPA (3.75G).

W-CDMA:Wideband Code Division Multiple Access (en español Acceso múltiple por división de código de banda ancha) cuyo acrónimo es WCDMA es una tecnología móvil inalámbrica de tercera generación que aumenta las tasas de transmisión de datos de los sistemas GSM, utilizando la interfaz aérea CDMA en lugar de TDMA (Acceso Múltiple por División de Tiempo) y por ello ofrece velocidades de datos mucho más altas en dispositivos inalámbricos móviles y portátiles que las ofrecidas hasta el momento.

W-CDMA: Simplemente es CDMA rebautizada y levemente modificada, para ser injertada y adaptada correctamente en GSM.

UMTS, HSDPA y HSUPA; todas ellas son variantes de W-CDMA.

-UMTS: "es una de las tecnologías usadas por los móviles de tercera generación (3G, también llamado W-CDMA)"

-HSDPA: "La tecnología HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) es la optimización de la tecnología espectral UMTS/WCDMA"

-HSUPA: "Calificado como generación 3.75 (3.75G) o 3.5G Plus, es una evolución de HSDPA"De igual forma, en las especificaciones de los dispositivos 3G GSM, se encontrarán con que frecuentemente se utilizan los acrónimos WCDMA, indistintamente con UMTS, HSDPA o HSUPA, pues todos son WCDMA, que a su vez es CDMA...

GSM Vs CDMA

La red CDMA permite múltiples usuarios en una misma frecuencia, dado que utiliza unos sofisticados cálculos matemáticos que hace que no se topen aun cuando utilizan la misma frecuencia. Es como que un sin número de parejas estén en una misma habitación con la posibilidad de desplazarse a cualquier punto de la habitación hablando al mismo tiempo, pero cada pareja lo hace en un idioma distinto, por lo tanto nadie mezcla su conversación estando en un mismo espacio.

· En Cambio en el GSM cada pareja tiene que estar en un espacio fijo y sólo tiene un octavo de minuto para decir lo que diría en un minuto en un tiempo normal. En los dispositivos GSM esto ocurre en segundos, un segundo de conversación es comprimido y almacenado en memoria del teléfono y tendrá un tiempo de un octavo del próximo segundo para hacer llegar ese segundo comprimido al otro teléfono y mientras el teléfono receptor está descomprimiendo ese segundo, un nuevo segundo comprimido se está guardando para ser enviado al receptor.

Es decir; en CDMA, no se tiene que "esperar turno" para el flujo de datos (con su respectiva pérdida de tiempo, aunque sean fracciones de segundo, las cuales son vitales en sistemas de alta velocidad); pues CDMA es una tecnología que codifica los datos, sobre la misma frecuencia.

Gracias a lo anterior, en EvDO (el 3G CDMA) y en el W-CDMA (el 3G del GSM), es posible la transmisión de datos de alta velocidad; cosa que con el GSM/TDMA, de forma nativa; sólo se puede llegar al sistema EDGE para la transmisión de datos de alta velocidad.

EDGE: Mayores Velocidades de Datos para la Evolución GSM (EDGE) es una tecnología de datos móviles y acceso a Internet a alta velocidad de tercera generación (3G), con velocidades pico teóricas de 473 kbps y throughput promedio de 110-130 kbps. Las velocidades promedio son suficientemente veloces como para soportar una amplia gama de avanzados servicios de datos, incluso streaming de audio y video, acceso veloz a Internet y descarga de archivos de gran tamaño. EDGE también puede dar soporte a servicios de tipo "push-to-talk".

EDGE ocasionalmente se denomina GPRS Optimizado (Enhanced GPRS o E-GPRS) porque incrementa la capacidad y el throughput de datos de GPRS en tres a cuatro veces. Al igual que GPRS, EDGE es un servicio basado en paquetes, que provee a los clientes una conexión de datos constante.

EDGE es el resultado de un esfuerzo entre operadores y proveedores de TDMA (Acceso Múltiple por División de Tiempo) por desarrollar un conjunto de normas 3G comunes que soporten datos a alta velocidad. EDGE es un componente principal de la UWC-136, la norma 3G propuesta por los operadores TDMA. En julio de 2000, la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU), que fija las normas de telecomunicaciones para uso mundial, aprobó a EDGE como norma de 3G. Entre los demás grupos clave que han avalado a EDGE se encuentran el Instituto Europeo de Normas de Telecomunicaciones (ETSI), la Asociación GSM (GSMA), el Proyecto de Asociación para la Tercera Generación (3GPP), la Asociación Mundial de Proveedores Móviles (GSA) y 3G Americas.

El sistema CDMA no permite voz y datos al mismo tiempo, ya que ambos canales (voz y datos), son en el mismo sistema CDMA; sin embargo; es posible tener costos más bajos en datos (internet 3G) en las compañías CDMA. Está previsto tener voz y datos simultáneos en las siguientes generaciones de transmisión CDMA.

· El internet 3G de las compañías GSM, es transmitido en un canal independiente (W-CDMA), aparte del canal de voz GSM. Por lo tanto es posible la transmisión de voz y datos al mismo tiempo. Sin embargo, los costos del internet 3G GSM son más elevados que en las compañías CDMA.-Al respecto de los dos puntos anteriores; las tendencias en cuanto a límites de transferencia de datos; es que generalmente, los carriers GSM te imponen un límite de descarga más restrictivo, que en la mayoría de los carriers CDMA. aunque estas políticas se están emparejando. De cualquier forma el costo del 3G CDMA es más bajo que el costo del 3G GSM.

· Una de las ventajas más famosas del GSM; es que debido a la mayor cantidad de carriers; y su predominio en Europa, es mucho más extenso el servicio de Roaming en voz hacia esos lugares; sin embargo, el servicio de roaming en internet GSM 3G; es muy limitado, debido a la Incompatibilidad entre las diferentes frecuencias 3G GSM.

Al decir de mucha gente especializada, en condiciones nivel normal de señál, en CDMA es un poco más clara la voz.

En voz, CDMA da un mayor rendimiento de batería. (Bueno, actualmente no nos conformamos con solamente voz...)

En datos; si la recepción de señal es intermitente (por estar en una zona de baja señal), en CDMA al switchear entre 1x y EvDO, el consumo de batería aumenta considerablemente; por lo que de necesitar permanecer en ese lugar, es necesario desactivar temporalmente el ajuste de Hybrid del modem (si está disponible tal ajuste), a EvDO only ó 1x only; dependiendo si EvDO se mantiene o no.. Algo similar pasa en carreteras con recepción intermitente; el consumo de batería aumenta. Aunque eso es más problema de cobertura del carrier; que del propio CDMA. Habrá que ver elcomportamiento de GSM, con su "nuevo" 3G...

¿Sistema abierto y libre?

En muchos sitios se menciona que el GSM es "una tecnología abierta y libre"; ya que, "en cambio", el CDMA ha estado bajo la sombra de Qualcomm; pues es la principal organización que otorga las licencias para emplear esta ya indispensable tecnología.Simplemente basta con ver la historia del GSM, para darse cuenta que no fue gracias a la libertad; sino al contrario, a la imposición y a la cerrazón a otras tecnologías (o mas bien, a la idea del selectogrupo de Ericsson, Siemens, Nokia y Alcatel, de no compartir el jugoso negocio con otros).

Sin embargo, como ya se mencionó; debido a la implementación del 3G en GSM, tal sistema (GSM) ya depende también de la tecnología CDMA, y de Qualcomm.GSM le conviene al carrier, en el aspecto en que puede negociar más con las empresas del mencionado grupo europeo, y las empresas del grupo europeo negociar con Qualcomm.En CDMA, primero tienen que negociar con Qualcomm y después con los europeos pero al final de cuentas, en ningún caso hay libertad.

GSM consta de cuatro bandas para el servicio de voz dispersas en el mundo a continuación se muestra el mapa correspondiente.

¿Qué es GPRS?

El Servicio de Radio transmisión de Paquetes Generales (GPRS) es una solución para datos móviles que ofrece eficiencia espectral para nuevos y más veloces servicios de datos, así como para roaming internacional. Por tratarse de una tecnología de datos inalámbricos, GPRS ofrece velocidades de datos máximas de 115 kbps y un throughput promedio de 30-40 kbps. A GPRS a menudo se lo denomina tecnología de "2.5G" porque constituye el primer paso de un operador GSM hacia la tercera generación (3G).GPRS es una tecnología basada en paquetes, lo que significa que los datos están divididos en paquetes que se transmiten en breves ráfagas sobre una red IP. Este diseño es mucho más eficiente que las redes conmutadas por circuitos, dando lugar a una reducción de los costos operativos de la red. El diseño de paquetes beneficia a los usuarios en dos formas primordiales. Primero, GPRS provee una conexión "siempre activa" ("always-on") que no exige que el usuario deba conectarse cada vez que desea obtener acceso a datos. En segundo lugar, los usuarios sólo pagan por los datos en sí, en lugar de pagar por el tiempo de aire empleado en establecer una conexión y descargar los datos.

GPRS se desarrolla sobre la plataforma GSM. GPRS está basado en IP, la norma universal utilizada en Internet, y no en una norma exclusivamente inalámbrica que exija equipos propietarios. El hecho de que GPRS utiliza una tecnología abierta y totalmente normalizada lo convierte en el ideal para la provisión de acceso inalámbrico a otras redes basadas en IP, tales como LANs corporativas e ISPs. Otra ventaja de la base IP de GPRS es que los operadores y sus socios pueden desarrollar y lanzar avanzados servicios de datos mucho más rápidamente y de manera menos costosa, beneficio que se atribuye a la amplia disponibilidad de "know-how IP" y equipos ofrecidos en versiones estándar.GPRS es la tecnología inalámbrica de datos en paquetes más ampliamente soportada en el mundo y se desarrolla a partir de los más de mil trescientos sesenta abonados GSM en más de 210 países y territorios de todo el mundo. Al igual que GSM, GPRS soporta roaming imperceptible al usuario, permitiendo que los usuarios tengan acceso a sus servicios de datos mientras se encuentran de viaje. A abril de 2005, había más de 270 redes GPRS comerciales en más de 90 países.

Dependiendo del modelo de negocios del operador, GPRS puede reemplazar o complementar tecnologías de datos inalámbricos más antiguas, entre ellas datos conmutados por circuitos (CSD) y Datos Celulares Digitales en Paquetes (CDPD). Con velocidades de datos máximas de 115 kbps, GPRS es más veloz que CDPD (19.2 kbps) y CSD (9.6 kbps). GPRS transporta una carga efectiva de datos mucho mayor que el Servicio de Mensajes Cortos (SMS), en que cada mensaje está limitado a 160 caracteres. Esta combinación de velocidad y capacidad convierte a GPRS en el medio o "portador" ideal de servicios tales como Protocolo de Aplicaciones Inalámbricas (WAP) y Mensajería Multimedia (MMS). El resultado final es que con GPRS un operador puede ofrecer una variedad mucho mayor de servicios innovadores y generadores de facturación.

¿Qué es UMTS?

Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles (UMTS) es una tecnología inalámbrica de voz y datos a alta velocidad que integra la familia de normas inalámbricas de tercera generación (3G) IMT-2000 de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT). La tecnología radial utilizada en UMTS es la WCDMA, o CDMA en banda amplia. Como resultado de esto, las siglas "UMTS" y "WCDMA" a menudo se utilizan de manera intercambiable. Entre los grupos de la industria que avalan a UMTS se encuentran la Association of Radio Industries and Businesses (ARIB) en Japón, el Instituto Europeo de Normas de Telecomunicación (ETSI), el Proyecto de Asociación para la Tercera Generación (3GPP), la Asociación Global de Proveedores Móviles (GSA), GSM Association, UMTS Forum, 3G Americas y la UIT.UMTS se desarrolla a partir de GSM, que es la tecnología inalámbrica más ampliamente utilizada en el mundo actualmente, disponible en más de 680 redes de más de 205 países y territorios de todo el mundo, para prestar servicio a más de mil millones de clientes. UMTS es la evolución desde GSM y es actualmente la opción de tecnología de 3G líder. Ofrece cobertura potencialmente mundial y permite economías de escala, roaming global, y una tecnología prioritaria para los desarrolladores de software y aplicaciones. UMTS se desarrolla a partir de la tecnología GSM porque 119 operadores de 42 países (a julio de 2004) ya han escogido UMTS como su tecnología de 3G. Se prevé que los clientes de las redes basadas en GSM, incluso los de UMTS, llegarán a representar hasta el 85% de los clientes de la próxima generación a nivel mundial, según el UMTS Forum. UMTS funciona en una diversidad de bandas de espectro nuevas y existentes, incluso la banda de 1900 MHz.

A agosto de 2004, UMTS es utilizada por más de seis millones de clientes de todo el mundo sobre 46 redes comerciales de 24 países, y está creciendo más rápidamente que GSM a la misma altura de su historia. Según el UMTS Forum, UMTS fue adoptada por 98% de los operadores adjudicatarios de nuevas licencias de 3G hasta la fecha y, hasta agosto de 2004, había 71 redes UMTS adicionales en etapas pre-comerciales, de planificación, gestionando licencias o en proceso de despliegue.

WCDMA se encuentra en servicio comercial en Japón desde 2001 y ahora también está disponible en Europa y los EUA. El 20 de julio de 2004, AT&TWireless se convirtió en el primer operador en lanzar servicios UMTS comercialmente en el Hemisferio Occidental al desplegar esta tecnología en Detroit, Phoenix, San Francisco y Seattle. AT&T Wireless extendió su servicio UMTS a Dallas y San Diego el 1º de septiembre de 2004. Por su parte, Cingular Wireless también anunció su respaldo a UMTS. El operador ha desplegado una red UMTS-HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) en versión de prueba en Atlanta con Lucent Technologies, y recientemente emitió una Solicitud de Cotización a los proveedores UMTS por el despliegue de UMTS en mercados selectos a partir de 2005, tanto en las bandas de espectro de 850 como de 1900 MHz.

UMTS es una tecnología basada en Protocolo de Internet (IP) que da soporte a voz y datos en paquetes y entrega velocidades de datos pico de hasta 2 Mbps y velocidades promedio de 220 a 320 Kbps cuando el usuario se encuentra caminando o conduciendo. UMTS está diseñada para entregar servicios ávidos de ancho de banda tales como streaming multimedia, transferencias de archivos pesados y video-conferencia a una gran variedad de dispositivos, entre ellos teléfonos celulares, PDAs y computadoras portátiles. UMTS utiliza una combinación de las tecnologías Acceso Múltiple por División de Código (CDMA) y Acceso Múltiple por División de Tiempo (TDMA) para hacer un uso altamente eficiente del espectro. Un análisisconjunto realizado por los miembros de 3G Américas, publicado por Rysavy Research en noviembre de 2002, halló que, en comparación con otras tecnologías de la próxima generación, UMTS presenta la mayor eficiencia espectral para las velocidades de datos superiores a los 100 Kbps. 3G Américas además publicó un informe de análisis centrado en la fase evolutiva de UMTS, 3GPP Release 5.

Nota: Texto tomado de